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El puente impreso en 3D del MIT apunta a usar un 76% menos de hormigón
Un método del MIT diseña estructuras de hormigón imprimibles según las limitaciones reales de las impresoras, y revela que cordones más finos podrían reducir el uso de material hasta un 76%.
Imagen: TechXplore
El hormigón es el material de construcción más utilizado en la Tierra, y su producción es una de las principales fuentes de emisiones de carbono. La impresión 3D podría reducir esa huella al colocar el hormigón solo donde la estructura lo necesita, al tiempo que elimina el encofrado laborioso que se usa en el vaciado convencional.
El reto es que los diseños generados por ordenador a menudo son imposibles de fabricar con impresoras de gran escala. La optimización topológica puede producir estructuras fuertes y ligeras con geometrías intrincadas, tipo telaraña, pero no tiene en cuenta de forma automática boquillas gruesas, ángulos de giro limitados ni la exigencia de imprimir en un solo movimiento continuo.
Un equipo de investigadores del MIT ha desarrollado un marco que incorpora esas limitaciones de fabricación directamente en el proceso de optimización. Los diseños resultantes requieren poco o ningún rediseño manual. En una demostración, el equipo diseñó, imprimió y sometió a carga un puente de hormigón de 2,3 metros (7,5 pies) de longitud.
Encontrábamos muchas grietas por las que te puedes caer cuando se trata de traducir esos diseños súperóptimos a diseños manufacturables. Esas grietas eran como abismos.
Optimización de diseños para impresoras de hormigón
Para identificar limitaciones prácticas, los investigadores trabajaron con operadores de máquinas de impresión a gran escala en las instalaciones de Autodesk en Boston. Sus conversaciones destacaron tres restricciones:
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- El grosor requerido de cada cordón de hormigón extruido
- Qué tan bruscamente puede girar la boquilla
- La necesidad de imprimir la estructura en una única línea continua
El equipo tradujo cada limitación a reglas matemáticas. Los enfoques existentes generalmente optimizan una forma primero y luego requieren un extenso posprocesado, un proceso que puede llevar días. El nuevo marco produjo diseños totalmente imprimibles en unos dos minutos en un portátil.
Cuando el equipo necesitó reducir ligeramente el tamaño del puente el día de la impresión, volvió a ejecutar la optimización y recibió un diseño actualizado 5–10 minutos después. El método usa optimización entera-mixta, que los investigadores durante mucho tiempo consideraron demasiado difícil computacionalmente para este tipo de problema.
Si retrocedes cinco, diez años, el solucionador que usamos, incluso hace tres años, no podía resolver estos problemas. Este campo se ha evitado porque todo el mundo piensa que no es una vía por la que podamos avanzar. Pero con nuevos algoritmos y recursos, está empezando a ser una forma en la que podemos empezar a plantear estos problemas.
Una oportunidad de ahorro de material del 76%
El puente tardó unos 30 minutos en imprimirse usando un mortero comercial. Con un peso de aproximadamente 900 libras (410 kilogramos), soportó más de 2.000 libras (910 kilogramos) de bloques de hormigón repartidos por su parte superior con prácticamente ninguna flexión medible, ajustándose estrechamente a las simulaciones.
La prueba también mostró que el equipo de impresión actual —no la resistencia del hormigón— fija el límite inferior del uso de material. Para cargas desde cero hasta 200.000 libras (91.000 kilogramos), el diseño estuvo gobernado casi por completo por si la impresora podía construirlo físicamente. Solo por encima de ese umbral la física estructural se convirtió en el factor dominante.
El análisis identificó el ancho del cordón como la restricción de hardware más influyente. El puente usó un cordón de 4 centímetros, pero una impresora capaz de depositar un cordón de 1 centímetro podría reducir el consumo de material hasta en un 76% mientras se mantiene con holgura dentro de los márgenes de seguridad, según la autora principal Josephine Carstensen.
La estructura fue diseñada para que cada parte permaneciera en compresión, aprovechando la resistencia del hormigón ante fuerzas de compresión y su debilidad ante la tracción. Esa elección de diseño también expuso sus límites: tras las pruebas, el puente se rompió cuando un operario levantó una esquina unos centímetros para barrer por debajo, lo que puso ciertas secciones en tensión.
Es óptimo en un sentido, pero definitivamente no lo es en todos los sentidos.
El siguiente paso de los investigadores es el hormigón armado, incluyendo el reto de introducir barras de refuerzo en una estructura impresa. Carstensen también ve potencial para la ayuda en desastres, donde la impresión sin encofrados podría permitir construir infraestructuras con rapidez sin producir encofrados.
La investigación se publica en Additive Manufacturing: Hajin Kim-Tackowiak et al., «Efecto de las restricciones de fabricación en estructuras de hormigón impresas en 3D optimizadas por topología» (2026), DOI: 10.1016/j.addma.2026.105283.
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vía TechXplore
